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徐立强教授课题组在钾离子二次电池研究领域取得重要新进展
发布时间:2021年03月29日 16:02    作者:    点击:[]

 

近日,我院钱逸泰院士团队徐立强教授课题组在钾离子二次电池新型高性能电极材料研究领域取得重要新进展,相关研究成果以“In-situ Nano-Crystallization and Solvation Modulation Promote Highly Stable Anode Involving Alloy/De-alloy for Potassium Ion Batteries”为题,在国际著名化学顶级期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition 2021, DOI: 10.1002/anie.202100654IF: 12.99)上在线全文发表。山东大学bat365官网登录2018级博士王璐为第一作者,其指导教师徐立强教授为唯一通讯作者,山东大学为第一通讯单位。

锂资源储量有限和分布不均促使新型高性能二次电池等储能器件的研究逐步发展。近年来,钾离子电池以钾金属电极工作电位优异、钾储量丰富等优势得到越来越多的关注。但是,钾金属的高活泼性亟需开发高性能、稳定的负极材料。与炭基材料相比,以铋基材料为代表的合金机制材料因其容量高、工作电位安全等优势成为人们关注的热点之一。但是合金机制材料面临体积效应导致的容量衰减快、循环寿命有限(低于1000)等问题。关于合金机制材料的稳定性仍有待深化探究并拓展对相关因素作用机制的理解。

致力于提高电极材料的能量存储与转化效率及改善钾离子电池的长循环稳定性,徐立强教授团队首次报道了一种新型的具有二维结构的碳酸氧铋(BiO)2CO3材料作为钾离子电池负极材料:(一)借助其大的层间距(0.683 nm)以保证半径较大的钾离子顺畅嵌入/脱出,实现嵌钾-脱钾过程中材料的原位纳米化,从材料本身角度实现材料的结构稳定性;(二)基于溶剂化调控,采用新型高浓度电解液(KFSI-G2)在电极材料表面构筑富无机成分的SEI膜,构筑高效稳定的电极-电解液界面。该工作基于提升结构稳定性和界面稳定性,协同使(BiO)2CO3电极在0.025 A g-1电流密度下取得了610 mAh g-1的高可逆放电比容量,并能在0.2 A g-1下以0.007%的低衰减率稳定充放电1500圈;在此基础上通过原位XRD和非原位的高分辨透射电镜等深入研究了其充放电机理,还通过择优选择正极材料成功组装了软包全电池。该工作拓展了铋基材料的应用,可为高性能、高稳定性的合金机制负极材料开发提供理论借鉴和实验数据参考,并为钾离子二次电池中电极-电解液界面的构筑提供了重要的新理解。

近年来,徐立强教授课题组以二次电池电极材料的研发为主要研究方向、以实现能量高效存储与转化为目标,在钾/钠离子二次电池、锂硫二次电池等新型高性能电极材料的合成方法、表界面调控、机理分析、构效关系及其在能源领域的初步应用等方面开展了系统性研究,取得了系列创新性研究成果。除上述工作外,还有部分代表性工作先后发表在国际著名期刊Energy Storage Materials (IF: 16.28), 2020, 25, 679-686; Appl. Catal. B: Environ(IF16.683), 2020175119104; ACS Energy Lett. (IF: 19.003)2019, 4, 1496-1504; Energy Storage Materials (IF: 16.28), 2019, 23, 35-45; ACS Nano (IF: 14.588), 2018, 12, 8277-8287; Energy Storage Materials (IF: 16.28), 2018, 15, 234–241等;此外,2020年获山东省自然科学二等奖1(课题组主页:https://faculty.sdu.edu.cn/~fI3Iry/zh_CN/index.htm)

上述系列研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金面上项目、山东大学交叉学科基金的资助和山东大学结构成分与物性测量平台的大力支持。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202100654

网站报道链接https://mp.weixin.qq.com/s/DPCVr6VTBDV9pQQJ-EYiBg

 

 

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